(57)【要約】【課題】  モードロックレーザ装置の出力効率を向上させると共に、低コスト化および小型化を可能とする。【解決手段】  可飽和吸収体ミラーデバイス18および出力ミラー11により両端面が構成されてなる共振器10と、共振器10内に配置された固体レーザ媒質12と、固体レーザ媒質12に励起光Leを入射させる励起手段20と、共振器10内に配置され、励起光Leの入射により固体レーザ媒質12から発生した発振光Loが斜めに入射され、該発振光Loを反射する折り返しミラーとを備え、発振光Loが共振器10内で共振して出力ミラー11からパルスレーザＬとして出力されるモードロックレーザ装置１において、共振器10内で共振する発振光L0が、固体レーザ媒質12の１つの端面12ａから所定の入射軸に沿って入射され、該固体レーザ媒質12を透過して折り返しミラーにより反射されて固体レーザ媒質12を再度透過して端面12ａから入射軸とは異なる出射軸に沿って出射されるように構成する。【選択図】          図１
2006344863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可飽和吸収体ミラーデバイスおよび出力ミラーにより両端面が構成されてなる共振器と、該共振器内に配置された固体レーザ媒質と、該固体レーザ媒質に励起光を入射させる励起手段と、前記共振器内に配置され、前記励起光の入射により前記固体レーザ媒質から発生した発振光が斜めに入射され、該発振光を斜めに反射する折り返しミラーとを備え、該折り返しミラーにより反射された発振光が前記共振器内で共振し、前記出力ミラーからパルスレーザとして出力されるモードロックレーザ装置において、
前記共振器内で共振する前記発振光が、前記固体レーザ媒質の１つの端面から所定の入射軸に沿って入射され、該固体レーザ媒質を透過して前記折り返しミラーにより反射されて前記固体レーザ媒質を再度透過して前記１つの端面から前記入射軸とは異なる出射軸に沿って出射されるように構成されていることを特徴とするモードロックレーザ装置。
【請求項２】
前記固体レーザ媒質の前記１つの端面に前記発振光に対する反射防止コートが施されていることを特徴とする請求項１記載のモードロックレーザ装置。
【請求項３】
前記固体レーザ媒質が前記１つの端面と対向する他の端面を有するものであり、該他の端面が前記発振光に対する全反射コートが施されて前記折り返しミラーとして機能するものであることを特徴とする請求項１または２記載のモードロックレーザ装置。
【請求項４】
前記他の端面に前記励起光に対する反射防止コートが施されており、
前記励起光が、前記固体レーザ媒質に対して前記他の端面からその励起光軸と前記入射軸もしくは出射軸と一致するように入射されることを特徴とする請求項３記載のモードロックレーザ装置。
【請求項５】
前記１つの端面に前記励起光に対する全反射コートが施されており、
前記他の端面から前記固体レーザ媒質に入射された励起光が前記１つの端面で反射されることを特徴とする請求項４記載のモードロックレーザ装置。
【請求項６】
前記発振光に対する全反射コートと、前記励起光に対する反射防止コートが、前記他の端面の異なる領域に施されており、
前記他の端面の前記発振光に対する全反射コートが施された領域に前記励起光に対する全反射コートがさらに施されており、
前記励起光が、前記１つの端面と他の端面との間で複数回反射を繰り返すことを特徴とする請求項５記載のモードロックレーザ装置。
【請求項７】
前記１つの端面に前記発振光および励起光に対する反射防止コートが施されており、
前記励起光が、前記固体レーザ媒質に対して前記１つの端面からその励起光軸を前記入射軸もしくは出射軸と一致するように入射されることを特徴とする請求項１記載のモードロックレーザ装置。
【請求項８】
前記固体レーザ媒質が前記１つの端面と対向する他の端面を有するものであり、該他の端面が前記発振光に対する全反射コートが施されて前記折り返しミラーとして機能するものであることを特徴とする請求項７項記載のモードロックレーザ装置。
【請求項９】
前記他の端面に励起光に対する全反射コートが施されており、
前記１つの端面から入射された励起光が前記他の端面で反射されることを特徴とする請求項８記載のモードロックレーザ装置。
【請求項１０】
前記可飽和吸収体ミラーデバイスが、半導体可飽和吸収ミラーであることを特徴とする請求項１から９いずれか１項記載のモードロックレーザ装置。
【請求項１１】
前記共振器内に分散補償機能を有する素子を備えたことを特徴とする請求項１から１０いずれか１項記載のモードロックレーザ装置。
【請求項１２】
前記固体レーザ媒質が、励起光および発振光に対し活性な領域と不活性な領域とを有し、前記活性な領域が、前記入射軸および出射軸を含む領域に一致するように配置されていることを特徴とする請求項１から１１いずれか１項記載のモードロックレーザ装置。
【請求項１３】
前記固体レーザ媒質が多結晶であることを特徴とする請求項１２記載のモードロックレーザ装置。
【請求項１４】
前記励起手段が２つの励起光源を備え、該２つの励起光源から出力された２本の励起光のうち、一方を前記入射軸と一致する方向から、他方を前記出射軸と一致する方向から前記固体レーザ媒質に入射させることを特徴とする請求項１から１３いずれか１項記載のモードロックレーザ装置。
【請求項１５】
前記励起手段が複数の励起光源を備え、該複数の励起光源から出力された励起光を合波して前記固体レーザ媒質に入射させることを特徴とする請求項１から１４いずれか１項記載のモードロックレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励起光源からの励起光により固体レーザ媒体から発振光を発生させ、モードロックさせることによりパルスレーザを出力するモードロックレーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高速で繰り返される光パルス列を連続発生させる技術としては、半導体レーザ、ファイバレーザ、固体レーザなどを用いるものがある。これらのレーザを用いて高速の光パルス列を発生させるには、発振している多くの縦モードの位相を同期させるモード同期方式がとられる。モード同期方式には、共振器内に光変調器を挿入して損失変調をかける能動方式と、入射光強度に対して吸収係数が非線形に変化する可飽和吸収体を共振器内に挿入して受動的にモード同期をとる受動方式などがある。
【０００３】
可飽和吸収体を用いた受動方式のモードロックレーザ装置は、例えば、非特許文献１や特許文献１などに提案されている。
【０００４】
非特許文献１は、Yb:YAGを用いた超短パルスレーザに関するもので、共振器中に半導体可飽和ミラー（SESAM）により共振器の一端面が構成された装置であり、２つの凹面鏡間に固体レーザ媒質を配置して励起すると共に、さらにもう１つ凹面鏡を備えて、発振光をSESAM上に集光させる構成となっている。超短パルスを発生させる共振器において用いられるミラーは高密度パルスエネルギーに耐えうる特殊なコートを必要とするため、凹面鏡の単価は非常に高い。したがって、装置内に備えるべき凹面鏡が多くなるとコスト高になるという問題がある。
【０００５】
特許文献１は、繰り返し率の高い受動モード同期固体レーザに関するもので、レーザ媒質の端面を共振器ミラーとして用いた共振器（図１参照）や、レーザ媒質の端面を出力ミラーとすることで１つの主ビームを取り出す構成とした共振器（図２参照）などが記載されている。レーザ媒質の端面を共振器ミラーの端面とすることにより、非特許文献１の装置と比較して、凹面鏡を１つ減らした構成をとることができる。
【特許文献１】特表２００２−５３６８２３号公報
【非特許文献１】"Diode-pumped mode-locked Yb3+:Y2O3 ceramic laser"、オプティクスエクスプレス（OPTICS EXPRESS) 2003年１１月３日、Vol.11,No.22 P.2911-2916
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載のレーザ媒質の端面を共振器ミラーとして用い、出力ミラーからパルスレーザを出力する装置の場合、出力ミラーから異なる２つの方向へ向かうパルスレーザが出力されるため、効率が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
また、特許文献１記載のレーザ媒質の端面を共振器ミラーとして用いると共に、該端面を出力側とした共振器の場合、励起手段とレーザ媒質の端面との間にダイクロイックミラーを配置する必要が生じることから装置の小型化（励起手段に備えられる集光レンズとレーザ媒体端面との間を数ミリすること）が困難になり、装置を収納する収納容器が大型化してしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、出力効率がよく、かつ低コスト化および小型化可能なモードロックレーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のモードロックレーザ装置は、可飽和吸収体ミラーデバイスおよび出力ミラーにより両端面が構成されてなる共振器と、該共振器内に配置された固体レーザ媒質と、該固体レーザ媒質に励起光を入射させる励起手段と、前記共振器内に配置され、前記励起光の入射により前記固体レーザ媒質から発生した発振光が斜めに入射され、該発振光を斜めに反射する折り返しミラーとを備え、該折り返しミラーにより反射された発振光が前記共振器内で共振し、前記出力ミラーからパルスレーザとして出力されるモードロックレーザ装置において、
前記共振器内で共振する前記発振光が、前記固体レーザ媒質の１つの端面から所定の入射軸に沿って入射され、該固体レーザ媒質を透過して前記折り返しミラーにより反射されて前記固体レーザ媒質を再度透過して前記１つの端面から前記入射軸とは異なる出射軸に沿って出射されるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
前記固体レーザ媒質の前記１つの端面に前記発振光に対する反射防止コートが施されていることが望ましい。
【００１１】
また、前記固体レーザ媒質が前記１つの端面と対向する他の端面を有するものであり、該他の端面が前記発振光に対する全反射コートが施されて前記折り返しミラーとして機能するものであることが望ましい。
【００１２】
固体レーザ媒質の前記１つの端面に発振光に対する反射防止コートが施され、さらに該１つの端面と対向する他の端面を有し、該他の端面に前記発振光に対する全反射コートが施されている場合、該他の端面に前記励起光に対する反射防止コートが施されており、前記励起光が、前記固体レーザ媒質に対して前記他の端面からその励起光軸と前記入射軸もしくは出射軸と一致するように入射されることが好ましい。
【００１３】
さらには、前記１つの端面に前記励起光に対する全反射コートが施されており、前記他の端面から前記固体レーザ媒質に入射された励起光が前記１つの端面で反射されることが好ましく、この場合、前記発振光に対する全反射コートと、前記励起光に対する反射防止コートを、前記他の端面の異なる領域に施すものとし、前記他の端面の前記発振光に対する全反射コートが施された領域に前記励起光に対する全反射コートをさらに施し、前記励起光が、前記１つの端面と他の端面との間で複数回反射を繰り返す構成とすることもできる。
【００１４】
また、本発明のモードロックレーザ装置においては、前記１つの端面に前記発振光および励起光に対する反射防止コートが施されており、前記励起光が、前記固体レーザ媒質に対して前記１つの端面からその励起光軸を前記入射軸もしくは出射軸と一致するように入射されるようにすることもできる。
【００１５】
この場合、前記固体レーザ媒質が前記１つの端面と対向する他の端面を有するものであり、該他の端面が前記発振光に対する全反射コートが施されて前記折り返しミラーとして機能するものであることが望ましい。
【００１６】
さらには、前記他の端面に励起光に対する全反射コートが施されており、前記１つの端面から入射された励起光が前記他の端面で反射されることが望ましい。
【００１７】
本発明のモードロックレーザ装置においては、前記可飽和吸収体ミラーデバイスとしては、半導体可飽和吸収ミラーが好適である。
【００１８】
また、本発明のモードロックレーザ装置においては、前記共振器内に分散補償機能を有する素子を備えてもよい。分散補償機能を有する素子としては、チャープミラーやプリズムを用いることができる。
【００１９】
前記固体レーザ媒質は、励起光および発振光に対し活性な領域と不活性な領域とを有し、前記活性な領域が、前記入射軸および出射軸を含む領域に一致するように配置されているものとすることができる。この場合、固体レーザ媒質が多結晶であることが望ましい。
【００２０】
なお、前記励起手段は、１つの励起光源を備え１本の励起光を固体レーザ媒質に入射させるものであってもよいし、２つの励起光源を備え、該２つの励起光源から出力された２本の励起光のうち、一方を前記入射軸と一致する方向から、他方を前記出射軸と一致する方向から固体レーザ媒質に入射させるものであってもよい。さらに、複数の励起光源を備え、該複数の励起光源から出力された励起光を合波して前記固体レーザ媒質に入射させるものであってもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のモードロックレーザ装置は、共振器内で共振する発振光が、固体レーザ媒質の１つの端面から所定の入射軸に沿って入射され、該固体レーザ媒質を透過して折り返しミラーにより反射されて固体レーザ媒質を再度透過して１つの端面から入射軸とは異なる出射軸に沿って出射されるように構成されており、発振光の光路が固体レーザ媒質を折り返し通るので固体レーザ媒体の発振効率を向上させることができる。また、装置に備えるべきミラーを２つ以下に抑えることができるため、コストを抑制することができると共に、全体の構成を小型化することができる。また、出力ミラーから１つの主ビームを取り出すことができるため、出力効率がよい。
【００２２】
固体レーザ媒質の１つの端面に発振光に対する反射防止コートが施されていれば、発振光の反射が抑制されるため効率がよい。
【００２３】
固体レーザ媒質が１つの端面と対向する他の端面を有するものであり、該他の端面が発振光に対する全反射コートが施されて前記折り返しミラーとして機能するものであれば、ミラーの数を抑えることができるので低コスト化、小型化を促進できる。
【００２４】
励起光が、固体レーザ媒質に対してその励起光軸と、固体レーザ媒質への発振光の入射軸もしくは出射軸とを一致するように入射される構成とすれば、固体レーザ媒質の発振効率を向上させることができる。
【００２５】
共振器内に分散補償機能を有する素子を備えれば、パルス圧縮を行うことができ、超短パルスレーザを出力することができる。
【００２６】
固体レーザ媒質として、励起光および発振光に対し活性な領域と不活性な領域とを有し、活性な領域が発振光の入射軸および出射軸を含む領域に一致するように配置されたものを用いれば、より効率的な発振が可能となる。
【００２７】
また、励起手段が、複数の励起光源を備え、複数の励起光を固体レーザ媒質に入射させるものであれば、より高出力のパルスレーザを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２９】
図１は、本発明の第１の実施形態のモードロックレーザ装置１の概略構成を示すものである。モードロックレーザ装置１は、共振器１０の一方の終端面に1030nmに対する反射率が98%である出力ミラー１１、もう一方の終端面に可飽和吸収体ミラーデバイスである、吸収率が１％のSESAM（BATOP社製）１８が配置された共振器構造を有する。
【００３０】
共振器１０中に固体レーザ媒質としてレーザホスト媒質YAGにYb(イットリビウム)を20at％ドープした厚さ１ｍｍのYb:YAG固体レーザ媒質１２を備えている。Yb:YAG固体レーザ媒質１２の１つの端面１２ａに発振光Ｌoの中心波長1030nmから±20nmの広い範囲の波長に対する反射率が0.5％以下である反射防止コート（発振光ＡＲコート）１３が施されており、さらに該端面１２ａと対向する他の端面１２ｂに発振光Ｌoの中心波長1030nmから±20nmの広い範囲の波長に対する反射率が99.5％以上、かつ励起光Ｌeの中心波長940nmから±10nmの広い範囲の波長に対する反射率が0.5％以下であるコート（発振光ＨＲ、励起光ＡＲコート）１４が施されている。この端面１２ｂは、コート１４が設けられたことにより、斜め方向から入射した発振光Ｌoを折り返す、折り返しミラーとして機能する。出力ミラー１１および凹面ミラー１７としては、曲率半径が10ｃｍのものを用いる。
【００３１】
本実施形態のモードロックレーザ装置１は、発振光Ｌoを出力ミラー１１により、ビームウェストが固体レーザ媒質１２の端面１２ｂにくるように集光し、さらにコート１４が施された端面１２ｂにより折り返し、この発振光Ｌoを反射してSESAM１８へ集光する凹面ミラー１７をさらに備えた、Ｚ型共振器構造を有するものである。
【００３２】
励起手段２０は、励起光源であるシングルモードの半導体レーザ２１と、セルフォックレンズ２２とからなり、固体レーザ媒体１２に対してコート１４が施された端面１２ｂ側から２ｍｍ以内に配置されたセルフォックレンズ２２により半導体レーザ２１からの励起光Ｌeを、モードマッチング効率が高くなるようにその励起光軸と共振器光軸１５とを一致させてYb:YAG固体レーザ１２へ入射する。
【００３３】
励起手段２０の半導体レーザ２１から励起光Ｌeが出力され、励起光Ｌeはセルフォックレンズ２２により端面１２ｂから固体レーザ媒質１２に入射される。励起光Ｌeの入射により固体レーザ媒質１２は励起され、発振光Ｌoを発生する。発振光Ｌoは、共振器１０の一方の端面を構成する出力ミラー１１と、他方の端面を構成するSESAM１８との間で共振する。共振器１０の光路１５は図中実線で示すように、出力ミラー１１から固体レーザ媒質１２の一つの端面１２ａを通過して固体レーザ媒質１２の他の端面１２ｂに至り、該他の端面１２ｂで折り返され凹面ミラー１７に至り、さらに凹面ミラー１７で折り返されてSESAM１８に至る。この光路１５に沿って発振光Ｌoが共振器１０内で共振し、出力ミラー１１からパルスレーザＬが出力される。
【００３４】
上記構成のモードロックレーザ装置１においては、共振器長を60ｃｍにすることで250ＭＨｚの高繰返し、平均出力50ｍＷ（励起光500ｍＷ）、パルス幅1.5ｐｓ（ピコ秒）のレーザビーム出力を得ることができる。
【００３５】
以下の実施形態においては、上記実施形態と異なる点を主として説明する。図面において、既述の部材と同一の部材には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３６】
図２は、本発明の第２の実施形態のモードロックレーザ装置２の概略構成を示すものである。図２に示すモードロックレーザ装置２は、励起手段２０が、２つの励起光源を備えている点で、第１の実施形態と異なる。励起手段２０は、２つの半導体レーザ２１と、それぞれの半導体レーザ２１から出力された励起光Ｌeを固体レーザ１２に集光させるための２つのセルフォックレンズ２２を備え、さらに２つの励起光Ｌeを合波させるための合波手段２３を備えている。合波は、波長合波であってもよいし、偏光合波であってもよい。合波手段２３としては、例えば、偏光ビームスプリッタ等を用いることができる。
【００３７】
合波した励起光を固体レーザ媒体に入射させることにより、１つの励起光のみの場合と比較して高エネルギーの出力光を得ることができる。なお、３以上の励起光源を備え、３以上の励起光を合波させるようにしてもよい。
【００３８】
図３は、本発明の第３の実施形態のモードロックレーザ装置３の概略構成を示すものである。
【００３９】
本実施形態のモードロックレーザ装置３は、SESAM１８への集光に凹面ミラー１７に代えて集光レンズ１９を備えたものであり、Ｖ字型の共振器構造１０’を有するものである。このような構造にすることにより、凹面ミラーの数を減らすことができ、より低コスト化を図ることができる。なお、第２の実施形態のモードロックレーザ装置２と同様に励起手段２０により２つ以上の励起光を合波し、レーザ媒質に入射させる構成としてもよい。
【００４０】
図４は、本発明の第４の実施形態のモードロックレーザ装置４の概略構成を示すものである。
【００４１】
本実施形態のモードロックレーザ装置４は、励起手段２０が、２つの半導体レーザ２１と２つのセルフォックレンズ２２を備え、それぞれの半導体レーザ２１から出射された励起光Ｌeを固体レーザ媒質１２に対して端面１２ｂ側から、共振器光軸１５とそれぞれの励起光軸が一致するように２方向から入射するものであり、高出力のレーザビームＬを得ることができる。
【００４２】
本装置４において、さらに２つ以上の励起光を合波させたものを２方向から入射する構成としてもよい。また、第３の実施形態のモードロックレーザ装置３と同様に凹面ミラー１７を集光レンズ１９に置き換えてもよい。
【００４３】
図５（Ａ）は、本発明の第５の実施形態のモードロックレーザ装置５の概略構成を示すものであり、同図（Ｂ）は、その固体レーザ媒質１２の近傍を拡大して示す拡大図である。
【００４４】
本実施形態のモードロックレーザ装置５においては、固体レーザ媒質１２の両端面１２ａ、１２ｂに施されるコートが上記実施形態の装置と異なる。固体レーザ媒質１２の一つの端面１２ａには、発振光Ｌoの中心波長1030nmから±20nmの広い範囲の波長に対して0.5％以下の反射防止率を有し、かつ励起光Ｌeの中心波長940nmから±10nmの広い範囲の波長に対して99.5％以上の全反射率を有するコート（発振光ＡＲ、励起光ＨＲコート）３１が施されており、他の端面１２ｂには、発振光Ｌoが集光する微小領域において発振光Ｌoの中心波長1030nmから±20nmおよび励起光Ｌeの中心波長940nmから±10nmの広い範囲の波長に対して99.5％以上の全反射率のコート（発振光および励起光ＨＲコート）３２が施され、他の領域では励起光Ｌeの中心波長940nmから±10nmの広い範囲の波長に対して0.5％以下の反射率の反射防止コート（励起光ＡＲコート）３３が施されている。
【００４５】
固体レーザ媒質１２に対し端面１２ｂ側から斜めに励起光Ｌeを入射させ、コート３１および３２により共振器光軸１５と励起光軸が一致するように励起光Ｌeを多重反射させ、固体レーザ媒質１２を励起するものである。図５（Ｂ）に示すように、励起光Ｌeは、端面１２ｂの励起光に対する反射防止コート３３が施された部分から入射され、端面１２ａの励起光に対する全反射コート３１により励起光ビームウェストが端面１２ｂにくるように反射され、端面１２ｂの励起光に対する全反射コート３２によりさらに反射され、再び端面１２ａで反射されて、端面１２ｂの励起光に対する反射防止コート３３が施された、入射領域とは異なる領域から固体レーザ媒質１２外部に出射される。励起光Ｌeの固体レーザ媒質１２内での多重反射させることにより、また多重反射時の光路を発振光Ｌoの光路と一致させることにより、固体レーザ媒質１２内において励起光Ｌeと発振光Ｌoの重なり領域を多くさせることができ、発振効率を向上させることができるため、高出力のレーザビームＬを得ることができる。
【００４６】
なお、本実施形態のモードロックレーザ装置５においても、第２の実施形態のモードロックレーザ装置２の場合と同様に、２つ以上の励起光を合波させたものをレーザ媒質に入射させるようにしてもよい。また第３の実施形態のモードロックレーザ装置３の場合と同様に、凹面ミラー１７を集光レンズ１９に置き換えてもよい。さらに、第４の実施形態のモードロックレーザ装置４と同様に、異なる２方向から共振器光軸と励起光軸が一致するように励起光を入射するようにしてもよい。
【００４７】
なお、上記実施形態のモードロックレーザ装置において、固体レーザ媒質１２を、Yb:YAG部４１をノンドープのYAG４２でダイレクトボンディングにより挟み込むことで励起光Ｌｅおよび発振光Ｌｏに対し活性な領域(Yb:YAG)４１と不活性な領域(YAG)４２を設けたコンポジットレーザ媒質４０を使用してもよい。図６は、コンポジットレーザ媒質４０の側面図（Ａ）および正面図（Ｂ）を示すものである。なお、図６（Ａ）は、図５に示すモードロックレーザ装置５の固体レーザ媒質１２をコンポジットレーザ媒質４０に置き換えた場合のコンポジットレーザ媒質４０近傍の拡大図であり、同図（Ｂ）は、同図（Ａ）の矢印Ｂ方向視の図である。
【００４８】
図６（Ａ）に示すように、このコンポジットレーザ媒質４０には、図５（Ｂ）に示した固体レーザ媒質１２と同様に１つの端面４０ａには、発振光Ｌｏの中心波長1030nmから±20nmの広い範囲の波長に対して0.5％以下の反射防止率を有し、かつ励起光Ｌeの中心波長940nmから±10nmの広い範囲の波長に対して99.5％以上の全反射率を有するコート３１が施されており、他の端面４０ｂには、発振光Ｌｏが集光する微小領域において発振光Ｌｏの中心波長1030nmから±20nmおよび励起光Ｌeの中心波長940nmから±10nmの広い範囲の波長に対して99.5％以上の全反射率のコート３２が施され、他の領域では励起光Ｌeの中心波長940nmから±10nm広い範囲の波長に対して５％以下の反射率の反射防止コート３３が施されている。なお、端面４０ｂに施されている、発振光および励起光に対する全反射コート３２は活性領域(Yb:YAG)に施されている。
【００４９】
このように、発振光光路近傍のみを活性領域（Yb:YAG）４１としたコンポジットレーザ媒質４０を用いることにより、媒質内における無駄な励起光の吸収を抑え効率よくレーザビームを得ることができる。
【００５０】
なお、不活性領域４２にノンドープのYAGの代わりにサファイアを用いてもよい。サファイアを用いることにより、放熱効果を上げさらに効率よくレーザビームを得ることができる。
【００５１】
コンポジットレーザ媒質４０は、単結晶YAGにYbをドープしたものと、Ybドープしていない単結晶YAGを張り合わせたものであってもよいが、セラミックYAGにYbをドープした活性領域およびドープしていない不活性領域を構成することで、単結晶YAGの張り合わせにより生じる接着剤や空気の層がないコンポジットレーザ媒質を得ることができ、より効率的なレーザビームを得ることができる。なお、セラミックを用いれば任意の形状およびドープ領域を容易に構成できる。
【００５２】
図７は、本発明の第６の実施形態のモードロックレーザ装置６の概略構成を示すものである。
【００５３】
本実施形態のモードロックレーザ装置６は、励起手段２０の構成が既述の実施形態のものと異なる。発振光光路１５上にダイクロイックミラー２５を備え、このダイクロイックミラー２５により半導体レーザ２１から斜めに入射された励起光Ｌｅを共振器光軸と励起光軸とが一致するように折り返し、固体レーザ媒質１２に入射する構成である。
【００５４】
半導体レーザ２１から出射した励起光Ｌｅは、セルフォックレンズ２２によりダイクロイックミラー２５に入射され、ダイクロイックミラー２５により固体レーザ媒質１２の一つの端面１２ａ側から固体レーザ媒質１２に斜めに入射し、他の端面１２ｂ側へ通り貫ける。励起光Ｌｅにより固体レーザ媒質１２から発振した発振光Ｌｏは、出力ミラー１１およびSESAM１８間で共振し、出力ミラー１１からパルスレーザＬが出力される。
【００５５】
なお、本実施形態のモードロックレーザ装置６においても、第２の実施形態のモードロックレーザ装置２の場合と同様に、２つ以上の励起光を合波させたものをレーザ媒質に入射させるようにしてもよい。また第３の実施形態のモードロックレーザ装置３の場合と同様に、凹面ミラー１７を集光レンズ１９に置き換えてもよい。さらに、端面１２ａに対して異なる２方向から共振器光軸と励起光軸が一致するように励起光を固体レーザ媒質１２に入射するようにしてもよい。
【００５６】
図８は、本発明の第７の実施形態のモードロックレーザ装置７の概略構成を示すものである。
【００５７】
本実施形態のモードロックレーザ装置７は、第６の実施形態のモードロックレーザ装置６の構成と酷似しているが、固体レーザ媒質１２の端面１２ｂに施されるコートが上記実施形態のものと異なる。本実施形態においては、固体レーザ媒質１２の端面１２ｂに、発振光Ｌｏの中心波長1030nmから±20nmおよび励起光Ｌｅの中心波長940nmから±10nmの広い範囲の波長に対して99.5%以上の全反射率を有するコート（発振光および励起光ＨＲコート）３４が施されている。従って、ダイクロイックミラー２５からの固体レーザ媒質１２へ折り返されてきた励起光Ｌｅを端面１２ｂのコート３４でさらに折り返すことで励起光Ｌｅの吸収効率を上げ、固体レーザ媒質を効率よく発振させることができるため、高出力のレーザビームＬを得ることができる。
【００５８】
なお、本実施形態のモードロックレーザ装置７においても、第２の実施形態のモードロックレーザ装置２の場合と同様に、２つ以上の励起光を合波させたものをレーザ媒質に入射させるようにしてもよい。また第３の実施形態のモードロックレーザ装置３の場合と同様に、凹面ミラー１７を集光レンズ１９に置き換えてもよい。さらに、端面１２ａに対して異なる２方向から共振器光軸と励起光軸が一致するように励起光を固体レーザ媒質１２に入射するようにしてもよい。
【００５９】
図９は、本発明の第８の実施形態のモードロックレーザ装置８の概略構成を示すものである。
【００６０】
本実施形態のモードロック装置８は、第１の実施形態のモードロックレーザ装置１において、凹面ミラー１７を分散補償機能を有する誘電体多層膜ミラーであるチャープミラー３５に置き換えたものである。このチャープミラー３５の作用によりパルス圧縮を行うことができ、８００ｆｓ（フェムト秒）の超短パルスレーザＬを出力することができる。
【００６１】
なお、第２および第４〜第７の実施形態のモードロックレーザ装置２および４〜７においても、凹面ミラー１７をチャープミラー３５に置き換えることにより、同様にパルス圧縮を行い超短パルスレーザを得ることができる。
【００６２】
また、分散補償機能を有する素子としては、プリズムを用いることもできる。プリズムを用いる場合、第１〜第７の実施形態のモードロックレーザ装置８において、例えば、出力ミラーと固体レーザ媒質間の共振器光路上にプリズムを配置すればよい。
【００６３】
上記各実施形態においては、固体レーザ媒質として、YbをドープしたYAGからなるものを挙げたが、本発明の固体レーザ媒質はYb:YAGに限るものではなく、いかなる固体レーザ媒質であっても適用可能である。特に、YbイオンをドープしたKYW、KGW、GdCOV4、Y2O3、SYS、GdCOBもしくはBOYSなどを用いればサブピコ秒のパルスレーザを得ることが可能である。
【００６４】
なお、既述の各実施形態においては、固体レーザ媒質の共振器側の端面と対向する側の端面を発振光を折り返す折り返しミラーとして用いるものとしているが、発振光を折り返すためのミラーを別個に設けた構成をとることもできる。しかしながら、既述の実施形態のように、固体レーザ媒質の端面をミラーとして用いることにより、部品数を減らすことができるため、小型化、低コスト化を図ることができ、また簡単な構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】第１の実施形態のモードロックレーザ装置の概略構成を示す図
【図２】第２の実施形態のモードロックレーザ装置の概略構成を示す図
【図３】第３の実施形態のモードロックレーザ装置の概略構成を示す図
【図４】第４の実施形態のモードロックレーザ装置の概略構成を示す図
【図５】（Ａ）第５の実施形態のモードロックレーザ装置の概略構成を示す図および（Ｂ）固体レーザ媒質近傍の拡大図
【図６】（Ａ）別の形態の固体レーザ媒質の側面図および（Ｂ）正面図
【図７】第６の実施形態のモードロックレーザ装置の概略構成を示す図
【図８】第７の実施形態のモードロックレーザ装置の概略構成を示す図
【図９】第８の実施形態のモードロックレーザ装置の概略構成を示す図
【符号の説明】
【００６６】
１〜８    モードロックレーザ装置
１０、１０’    共振器
１１    出力ミラー
１２    固体レーザ媒質
１２ａ、１２ｂ    端面
１３、１４    コート
１５    共振器光路
１７    凹面ミラー
１８    SESAM
１９    集光レンズ
２０    励起手段
２１    半導体レーザ
２２    セルフォックレンズ
Ｌｅ    励起光
Ｌｏ    発振光
Ｌ    パルスレーザ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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